大亚湾反应堆中微子实验及其进展指导.ppt

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大亚湾反应堆中微子实验 及其进展 张家文 中国科学院高能物理研究所 报告内容 科学意义与目标 研究内容与方案 目前状况与预研进展 项目队伍、组织与管理 进度计划 测量q13的物理意义 1)是自然界的基本参数 2)对理解轻子与夸克之间的关系,研究比目前的粒子物理标准模型更基本的大统一理论具有重要意义 3)对解释宇宙中物质-反物质不对称极为重要 如果sin22q130.01,下一代长基线实验可以测定CP相角。 如果sin22q130.01,下一代长基线实验不能测得CP相角。 4)对中微子物理的未来提供了发展方向 是否要建中微子工厂或超级束流? 大亚湾与Double Chooz 的比较 大亚湾中微子实验 目前热功率共 12GW, 2011年将增加到18GW。 周围有山,便于建设地下实验室以屏蔽宇宙线本底是关键,因为中微子产生的讯号十分微弱。 测量sin22q13至0.01的精度,具有极为重要的意义 大亚湾实验可以达到这个要求,是目前国际设计精度最高的实验 实验方法: 比较观测与预期的中微子能谱 过去实验的精度: 3-6% 裂变元素及n 能谱: ~ 2% 反应堆功率:~1% 中微子能谱:~0.3% 本底:~1-3% 液闪中靶质量:~1-2% 中微子探测效率:~2-3% 探测器设计:多模块与多重反符合 建设内容 隧道系统(在此不讲) 中心探测器系统 反符合系统 读出电子学,触发与数据获取系统 软件与物理分析系统 机械系统 中心探测器系统 圆柱型三层结构中心探测器: I. 靶: 掺轧液闪(r=1.6m,h=3.2m) II. 集能层: 普通液闪(r=45cm,h=4.1m) III. 屏蔽层: 矿物油(r=45cm,h=5m) 每个模块20吨靶质量, 总共80吨 四周加光电倍增管读出中微子信号 上下加光学反射层,节省1/2光电倍增管 每个模块用 ~ 224个 8”PMT 分辨率:sE /E = 5%@8MeV, ss ~ 14 cm 16个有机玻璃罐 八个不锈钢罐:5m×5m 机械强度,几何尺寸,。。。 液体闪烁体 数量:160吨掺钆液闪,180普通液闪,400吨矿物油 要求: 高的发光效率 (50% antracene) 长的衰减长度(10m) 长期稳定性(5year) 与有机玻璃不发生化学反应 过去的问题: 不稳定 Palo Verde : 55% antracene, 11m, 0.03%/day Chooz: ~55% antracene, ~10m, 0.4%/day 高能所目前已取得的成绩: 自制了测量液闪发光效率及衰减长度的设备 研究了清洁液闪的化学方法,特别是去除钍元素的办法 寻找与测试了国产原材料,均能满足要求 研制了多种满足前述要求的掺钆液闪 液闪及其原料的测量结果 批量生产 液闪的配制 配方 混合程序 混合设备 原料 液闪的处理 放射性元素的去除 灰尘的去除 有害化学元素的去除 液闪的灌装 清洁度的保证 化学成分(一致性,杂质等)的保证(H/C, Gd/H,…) 体积与总重量的保证(0.1%) 光电倍增管及其支撑结构 共需 ~ 1792 8” PMT 极低本底无钾玻璃 EMI 或 Hamamatzu 高稳定性信号与高压电缆 指标: 放大倍数: 5×106 线性: 500 P.E. 噪声: 5 KHz @ 15oC @ ? PE 放射性: 238U, 232Th, 40K 20-50 ppb 刻度与监测 放射源刻度: 能量标度,分辨率, … 置入系统 自动系统: 快速但有限空间位置 手动系统: 所有空间位置但较慢 放射源的选择: 能量(0.5-8 MeV), 活度(1KHz), g/n,… 清洁 物理事例刻度 中子俘获 宇宙线 LED刻度: PMT gain, liquid transparency, … 环境监测: 温度,高压,电流电压,氡气… 靶质量测量及高精度流量计 材料的放射性测量与认证 水屏蔽与反符合探测器系统 用2米以上的水屏蔽宇宙线造成的中子本底和岩石造成的 g 本底 反符合探测器的要求: 效率 99.5% 效率误差 0.25% 解决办法:两套探测器: 水切伦科夫探测器, Eff.95% Muon 探测器, Eff. 90% RPC scintillator strips total ineff. = 10%*5% = 0.5% 水切伦科夫探测器 水池: 为国际上多个中微子实验采用 需~ 900 PMT 水箱: 为长基线中微子实验提出 已完成模型实验 需~1248 PMT 阻性板探测器(RPC) 在水箱上部精确标记宇宙线事例 共三层, 2640 m2 读出道: ~ 21200道 高能所在BESIII建设中自行研制了具

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